CN109341911A

CN109341911A - 载荷检测设备

Info

Publication number: CN109341911A
Application number: CN201811175590.6A
Authority: CN
Inventors: 张松林; 俞佳
Original assignee: Commercial Aircraft Corp of China Ltd
Current assignee: Commercial Aircraft Corp of China Ltd; Shanghai Aircraft Design and Research Institute Commercial Aircraft Corporation of China Ltd
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-02-15

Abstract

一种载荷检测设备，能够实现螺栓的承受载荷的自动检测，即使螺栓所安装的被固定件在运动状态下，也能够实现提示载荷的实时状况。所述载荷检测设备，对螺栓所承受的载荷进行检测，其特征在于，包括：盖件；作为载荷检测设备的主体部的壳体，所述壳体的一端侧被所述盖件覆盖；以及超声波探头，所述超声波探头设置于所述壳体的与所述盖件相反的一侧，在所述盖件设置有提示件，所述提示件能够提示所检测的所述螺栓当前所承受的载荷的不同状态，在所述壳体内配置有内含载荷算法的控制芯片，所述超声波探头通过刻设在该超声波探头上的内螺纹或外螺纹而与所检测的所述螺栓上的、专用于安装所述超声波探头的外螺纹或内螺纹螺合，由此能直接安装于所述螺栓。

Description

载荷检测设备

技术领域

本发明涉及一种载荷检测设备，更具体地涉及对螺栓的载荷进行检测的载荷检测设备。

背景技术

众所周知，当螺栓在穿过被固定件的螺孔后被螺入螺母时，设于螺杆部的外螺纹与设于螺母内壁的内螺纹螺合，此时，被固定件的重量作用于螺栓的螺杆部，使得螺栓(螺杆部)承受载荷。

如果螺栓(螺杆部)所受的载荷过大，会导致螺栓(螺杆部)发生断裂。特别是在使用精密加工件的航空、航天领域，一旦发生螺栓(螺杆部)断裂，轻则发生设备部件脱落，重则发生机毁人亡的重大安全事故。因此，专业人员在提升螺栓自身刚性的同时，也注重于对作用于螺栓(螺杆部)的载荷进行检测。

目前，作为对作用于螺栓的载荷进行检测的方法，常用的已知有应变片检测方法和超声波检测方法。

※应变片检测方法

现有技术中所称的“应变片检测方法”，是指在螺栓的螺杆部表面贴应变片，通过应变测量螺栓(螺杆部)发生的应变，从而换算成螺栓所受的载荷的方法。

一般来说，应变片检测方法常用于在试验室内对单个螺栓的载荷-应变曲线进行测量。但是，如果螺栓被安装在被固定件，则因螺栓的螺杆部会被完全包围在被固定件内，因此，很难通过应变片检测方法对作用于螺栓(螺杆部)的载荷进行检测。

※超声波检测方法

现有技术中所称的“超声波检测方法”，是指手持超声波检测仪，利用超声波反射原理，对作用于螺栓的载荷进行检测的方法。

上述超声波检测仪一般由超声波探头、检测控制显示设备及连接线组成。

在实施这种超声波检测方法时，需要事先将螺栓的两个端面磨平，这样不仅会给检测工作带来困难，而且可能影响螺栓本身的性能。另外，由于超声波探头无法固定在螺栓上，因此，手持超声波检测仪器只能在静止状态下对作用于螺栓的载荷进行检测，而不能在运动状态下完成实时检测。

此外，目前的标准件的螺栓头部的端面要求刻制件号的识别码，而螺栓尾部的端面不平，因此，在客观上连手持检测也很难直接实施。

因此，如何设计一种能够实现螺栓的承受载荷的自动检测的载荷检测设备，便成为亟待解决的技术问题。

另外，如何设计一种即使在运动状态下，也能够实现提示载荷的实时状况的载荷检测设备，也是一个刻不容缓需要解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种载荷检测设备，能够实现螺栓的承受载荷的自动检测，即使螺栓所安装的被固定件在运动状态下，也能够实现提示载荷的实时状况。

为了实现上述发明目的，本发明的第一方面提供一种载荷检测设备，对螺栓所承受的载荷进行检测，其特征在于，包括：盖件；作为载荷检测设备的主体部的壳体，所述壳体的一端侧被所述盖件覆盖；以及超声波探头，所述超声波探头设置于所述壳体的与所述盖件相反的一侧，在所述盖件设置有提示件，所述提示件能够提示所检测的所述螺栓当前所承受的载荷的不同状态，在所述壳体内配置有内含载荷算法的控制芯片，所述超声波探头通过刻设在该超声波探头上的内螺纹或外螺纹而与所检测的所述螺栓上的、专用于安装所述超声波探头的外螺纹或内螺纹螺合，由此能直接安装于所述螺栓。

根据如上所述构成，能够通过提示件提示所检测的所述螺栓当前所承受的载荷的不同状态。

另外，由于在所述壳体内配置有内含载荷算法的控制芯片，因此，能够实现对载荷的自动检测、自动运算。

同时，由于所述超声波探头通过刻设在该超声波探头上的内螺纹或外螺纹而与所述螺栓上的外螺纹或内螺纹螺合，因此，所述超声波探头能直接安装于所述螺栓，即使螺栓所安装的被固定件在运动状态下，也能够实现提示载荷的实时状况。

本发明第二方面的载荷检测设备是在本发明第一方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，通过所述控制芯片向所述超声波探头向所述螺栓发射超声波，所述超声波探头在接收到来自从所述螺栓的超声波反射面的回波后，将超声波发射与超声波回波间的时间差反馈给所述控制芯片，所述控制芯片根据所述逻辑算法，基于所述超声波发射与所述超声波回波间的时间差，计算出所述螺栓的伸长长度，进而计算出所述螺栓当前所承受的载荷。

根据如上所述构成，能够通过控制芯片实现螺栓的承受载荷的自动检测。

本发明第三方面的载荷检测设备是在本发明第二方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，所述提示件是能够用不同标记、不同颜色、不同动作区分显示不同状态的显示模块，所述控制芯片根据计算出的所述螺栓当前所承受的载荷，使所述提示件提示出与该载荷相适的标记、颜色及动作。

根据如上所述构成，能够通过不同标记、不同颜色、不同动作，直观地提示操作者所检测的螺栓的当前状态，有助于操作者把握螺栓的整体状况。

本发明第四方面的载荷检测设备是在本发明第二方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，所述提示件是能够用数值显示所述螺栓当前所承受的载荷的显示模块。

根据如上所述构成，也能采用最直接的数值的方式，测定螺栓的承受载荷，进而有助于准确地螺栓的强度测试以及组装后的试飞测试。

本发明第五方面的载荷检测设备是在本发明第二方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，所述控制芯片将计算出的所述螺栓当前所承受的载荷存储。

本发明第六方面的载荷检测设备是在本发明第二方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，所述盖件上还设置有开关件和通信模块，所述开关件用于启动或停止所述载荷检测设备的运转，所述通信模块用于与客户接收端进行信号传输。

本发明第七方面的载荷检测设备是在本发明第二方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，在所述壳体内配置有主板，在所述主板上以集成或非集成的方式设置有所述控制芯片和电源模块。

根据如上所述构成，本发明的载荷检测设备集成了超声检测仪的所有功能，并且尺寸比以往的超声检测仪更小(与螺栓的尺寸相当)，且能被固定在被测零件上。

本发明第八方面的载荷检测设备是在本发明第一方面至第七方面的载荷检测设备的基础上，其特征是，在将所述超声波探头与所述螺栓螺合时，在它们两者之间设置有密封圈，所述密封圈用于防止超声波耦合剂流失，并且用于实现锁紧。

根据如上所述构成，为了实现实时自动、长时间、自动检测的功能，需要将载荷检测设备牢牢的固定在螺栓上，此时，优选配置密封圈，这样，既可以防止超声波耦合剂流失，也可以起到锁紧的作用，防止在振动环境下掉落。

附图说明

图1(a)是表示现有技术的螺栓(螺栓标准件)的示意图，图1(b)是表示现有技术的螺栓与螺母螺合后的状态的示意图。

图2(a)是表示本发明第一实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图2(b)是表示将螺母螺入本发明第一实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图3(a)是表示本发明第二实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图3(b)是表示将螺母螺入本发明第二实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图4(a)是表示本发明第三实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图4(b)是表示将螺母螺入本发明第三实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图5(a)是表示本发明第四实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图5(b)是表示将螺母螺入本发明第四实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图6(a)是表示本发明第五实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图6(b)是表示将螺母螺入本发明第五实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图7(a)是表示本发明第六实施例的螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图7(b)是表示将螺母螺入本发明第六实施例的螺栓后安装有载荷检测设备的状态的示意图。

图8(a)和图8(b)是表示布置于图2(a)至图7(a)所示的本发明第一实施例至第六实施例的螺栓的一个端面(螺栓头部和螺栓尾部中一个的端面)的识别码的示意图，其中，图8(a)是识别码布置于螺栓头部的端面的图，图8(b)是识别码布置于螺栓尾部的端面的图。

图9是表示本发明第一实施例至第六实施例的不同于识别码所在一个端面的螺栓的另一个端面的一个实例的示意图。

图10是表示本发明第一实施例至第六实施例的不同于识别码所在一个端面的螺栓的另一个端面的另一个实例的示意图。

图11(a)和图11(b)是表示本发明第一实施例至第六实施例的不同于识别码所在一个端面的螺栓的另一个端面的另一个实例的示意图，其中，图11(a)是另一个端面为螺栓头部的端面的图，图11(b)是另一个端面为螺栓尾部的端面的图。

图12(a)至图12(c)是表示本发明的载荷检测设备的图，其中，图12(a)是本发明的载荷检测设备的分解立体图，图12(b)是具有外螺纹式超声波探头的载荷检测设备的立体图，图12(c)是具有内螺纹式超声波探头的载荷检测设备的立体图。

图13是表示使用作为本发明的载荷检测设备的提示件的一例的显示模块(液晶屏)显示待测定的适配螺栓(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)所承受的载荷状态的图。

(符号说明)

100 螺栓标准件

110 螺栓头部

120 螺栓尾部

130 螺杆部

131 外螺纹部

132 固定部

100A～100F 螺栓(非标准螺栓)

110A～110F 螺栓头部

111D 内螺纹孔

112D 内螺纹部

113E 螺柱部

114E 外螺纹部

115F 内螺纹孔

116F 内螺纹部

120A～120F 螺栓尾部

121A、121B 倒圆锥台部

122A 螺柱部

123A 外螺纹部

124B 内螺纹孔

125B 内螺纹部

130A～130F 螺杆部

131A～131F 外螺纹部

133C 加装用外螺纹部

140A～140F 识别部

150A～150F 三垂直棱角部

151A～151F、152A～152F、153A～153F 相互垂直的面

200 螺母标准件

300 载荷检测设备

310 盖件

311 开关件

312 通信模块

313 提示件

320 壳体

321 主板

321a 控制芯片

321b 电源模块

330 超声波探头

340 密封圈。

具体实施方式

以下，参照图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)、图4(a)、图4(b)、图5(a)、图5(b)、图6(a)、图6(b)、图7(a)、图7(b)，结合图1(a)、图1(b)所示的现有技术的螺栓标准件10，对本发明第一实施例～第六实施例的能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓100A、100B、100C、100D、100E、100F进行详细说明。

(现有技术的螺栓标准件100)

图1(a)是表示现有技术的螺栓标准件100的示意图，图1(b)是表示现有技术的螺栓标准件100与螺母标准件200螺合后的状态的示意图。

如图1(a)所示，现有技术的螺栓标准件100包括螺栓头部110、螺栓尾部120和螺杆部130。

在图1(a)所示的螺栓标准件100中，螺栓头部110例如形成为六棱柱形，作为常规的螺栓使用。另外，螺栓头部110也可以形成为倒圆锥台形，作为沉头螺栓使用。

在螺栓尾部120例如形成为尾部细的倒圆锥台形状，以便引导螺栓100使之与螺母200螺合。

螺杆部130设置于螺栓头部110与螺栓尾部120之间，其具有比螺栓头部110的外径小且比螺栓尾部120的外径大的直径。

如图1(a)所示，在螺杆部130的靠螺栓尾部120的一部分形成具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131，并且如图1(b)所示，外螺纹部131的螺纹牙数(第一牙数)设置成比形成于螺母200内周面的内螺纹部的螺纹牙数相当或多几牙，由此，螺母标准件200螺合在螺栓标准件100的螺杆部130的(基本)整个外螺纹部131上。

如图1(a)所示，在螺杆部130的外螺纹部131以外的固定部132的长度设置成与被固定件(未图示)的厚度相当，由此，能防止被固定件在螺栓标准件100的螺栓头部110与螺母200之间晃动。

(第一实施例的螺栓100A)

图2(a)是表示本发明第一实施例的螺栓100A(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图2(b)是表示将螺母200螺入第一实施例的螺栓100A后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第一实施例的螺栓100A中，如图2(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110A、螺栓尾部120A和螺杆部130A。在螺杆部130A的靠螺栓尾部120A的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131A。

另外，在本实施例的螺栓100A及后续的各实施例的螺栓100B～100F中，除非另有提及，具有与现有技术的螺栓标准件100基本相同的结构。

在第一实施例的螺栓100A中，螺栓尾部120A例如包括倒圆锥台部121A和螺柱部122A。

所述倒圆锥台部121A从第一直径(与所述螺杆部130A的直径相当)逐渐缩窄成第二直径。

所述螺柱部122A具有第二直径，并且从所述倒圆锥台部121A向外部突出。在所述螺柱部122A上刻有与待加装的载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)的牙数相当或多几牙的牙数的加装用外螺纹部123A。

如图2(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)与螺栓100A的形成于螺栓尾部120A的螺柱部122A处的加装用外螺纹部123A螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100A。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓尾部120A一侧对作用于螺栓100A的载荷进行检测。

另外，由于在螺栓100A的螺栓尾部120A形成螺柱部122A并在螺柱部122A上形成加装用外螺纹部123A，因此，具有加工简单这样的技术效果。此外，由于螺栓100A的刚性与螺栓标准件100的刚性相当，因此，不会使螺栓性能受到影响。

此外，由于螺栓100A的螺栓头部110A可以形成为倒圆锥台形，因此，本实施例的螺栓100A能够作为沉头螺栓使用。

(第二实施例的螺栓100B)

图3(a)是表示本发明第二实施例的螺栓100B(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图3(b)是表示将螺母200螺入第二实施例的螺栓100B后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第二实施例的螺栓100B中，如图3(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110B、螺栓尾部120B和螺杆部130B。在螺杆部130B的靠螺栓尾部120B的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131B。

在第二实施例的螺栓100B中，螺栓尾部120B例如包括倒圆锥台部121B和内螺纹孔124B。

所述倒圆锥台部121B从第一直径(与所述螺杆部130B的直径相当)逐渐缩窄成第二直径。

如图3(a)所示，所述内螺纹孔124B从所述倒圆锥台部121B的端面向内部开设，并具有比第二直径小的第三直径，并且。在所述内螺纹孔124B上刻有与待加装的载荷检测设备300所具有的外螺纹部(外螺纹式超声波探头)的牙数相当或多几牙的牙数的加装用内螺纹部125B。

如图3(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的外螺纹部(外螺纹式超声波探头)与螺栓100B的形成于螺栓尾部120B的内螺纹孔124B中的加装用内螺纹部125B螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100B。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓尾部120B一侧对作用于螺栓100B的载荷进行检测。

另外，由于在螺栓100B的螺栓尾部120B开设内螺纹孔124B，因此，相较于螺栓标准件100，螺栓100B的重量有所减轻，因此，具有轻量化的技术效果。

此外，由于螺栓100B的螺栓头部110B可以形成为倒圆锥台形，因此，本实施例的螺栓100B能够作为沉头螺栓使用。

(第三实施例的螺栓100C)

图4(a)是表示本发明第三实施例的螺栓100C(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图4(b)是表示将螺母200螺入第三实施例的螺栓100C后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第三实施例的螺栓100C中，如图4(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110C、螺栓尾部120C和螺杆部130C。在螺杆部130C的靠螺栓尾部120C的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131C。

结合对比图4(a)和图1(a)，在第三实施例的螺栓100C中，在螺杆部130C上除了形成具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131C之外，还形成具有第二牙数的加装用外螺纹部133C，上述外螺纹部131C和加装用外螺纹部133C共同构成形成于上述螺杆部130C的外螺纹部。

如图4(b)所示，外螺纹部(外螺纹部131C+加装用外螺纹部133C)的螺纹牙数设置成与形成于螺母200内周面的内螺纹部的螺纹牙数和待加装的载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)的牙数之和相当或多几牙。藉此，螺母标准件200螺合在螺栓标准件100C的螺杆部130C的一部分的外螺纹部131C上，待加装的载荷检测设备300螺合在螺栓标准件100C的螺杆部130C的剩余一部分的外螺纹部131C上。

如图4(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)与螺栓100C的形成于螺杆部130C处的外螺纹部131C螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100C。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓尾部120C一侧对作用于螺栓100C的载荷进行检测。

另外，由于在螺栓100C中只需增加螺杆部130C的外螺纹部131C的牙数，因此，具有加工更为简单这样的技术效果。此外，由于螺栓100C的刚性与螺栓标准件100的刚性相当，因此，不会使螺栓性能受到影响。

此外，由于螺栓100C的螺栓头部110C可以形成为倒圆锥台形，因此，本实施例的螺栓100C能够作为沉头螺栓使用。

(第四实施例的螺栓100D)

图5(a)是表示本发明第四实施例的螺栓100D(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图5(b)是表示将螺母200螺入第四实施例的螺栓100D后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第四实施例的螺栓100D中，如图5(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110D、螺栓尾部120D和螺杆部130D。在螺杆部130D的靠螺栓尾部120D的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131D。

在第四实施例的螺栓100D中，如图5(a)所示，螺栓头部110D例如形成为六棱柱形，作为常规的螺栓使用。另外，螺栓头部110D也可以形成为倒圆锥台形，作为沉头螺栓使用。

如图5(a)所示，从所述螺栓头部110D的端面向内部开设有内螺纹孔111D，该内螺纹孔111D具有比所述螺栓头部110D的外径小的直径(内径)。在所述内螺纹孔111D上刻有与待加装的载荷检测设备300所具有的外螺纹部(外螺纹式超声波探头)的牙数相当或多几牙的牙数的加装用内螺纹部112D。

如图5(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的外螺纹部(外螺纹式超声波探头)与螺栓100D的形成于螺栓头部110D的内螺纹孔111D中的加装用内螺纹部112D螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100D。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓头部110D一侧对作用于螺栓100D的载荷进行检测。

另外，由于在螺栓100D的螺栓头部110D开设内螺纹孔111D，因此，相较于螺栓标准件100，螺栓100D的重量有所减轻，因此，具有轻量化的技术效果。

此外，由于螺栓100D的螺栓头部110D可以形成为倒圆锥台形，因此，本实施例的螺栓100D能够作为沉头螺栓使用。

(第五实施例的螺栓100E)

图6(a)是表示本发明第五实施例的螺栓100E(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图6(b)是表示将螺母200螺入第五实施例的螺栓100E后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第五实施例的螺栓100E中，如图6(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110E、螺栓尾部120E和螺杆部130E。在螺杆部130E的靠螺栓尾部120E的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131E。

在第五实施例的螺栓100E中，如图6(a)所示，螺栓头部110E例如形成为六棱柱形，作为常规的螺栓使用。

在螺栓头部110E形成有螺柱部113E，所述螺柱部113E具有比所述螺栓头部110E的外径小的直径(外径)，并且从所述螺栓头部110E向外部突出。在所述螺柱部113E上刻有与待加装的载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)的牙数相当或多几牙的牙数的加装用外螺纹部114E。

如图6(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)与螺栓100E的形成于螺栓头部110E的螺柱部113E处的加装用外螺纹部114E螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100E。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓头部110E一侧对作用于螺栓100E的载荷进行检测。

另外，由于螺栓100E的刚性与螺栓标准件100的刚性相当，因此，不会使螺栓性能受到影响。

(第六实施例的螺栓100F)

图7(a)是表示本发明第六实施例的螺栓100F(能直接加装载荷检测设备的非标准螺栓)的示意图，图7(b)是表示将螺母200螺入第六实施例的螺栓100F后安装有载荷检测设备300的状态的示意图。

在本发明第六实施例的螺栓100F中，如图7(a)所示，与现有技术的螺栓标准件100同样地，包括螺栓头部110F、螺栓尾部120F和螺杆部130F。在螺杆部130F的靠螺栓尾部120F的一部分形成有相当于螺栓标准件的外螺纹部131的具有规定牙数(第一牙数)的外螺纹部131F。

在第六实施例的螺栓100F中，如图7(a)所示，螺栓头部110F例如形成为六棱柱形，作为常规的螺栓使用。

如图7(a)所示，在螺栓头部110F形成有螺柱部113F，所述螺柱部113F具有比所述螺栓头部110F的外径小的直径(外径)，并且从所述螺栓头部110F向外部突出。从所述螺柱部113F的端面向内部开设有内螺纹孔115F，该内螺纹孔115F具有比所述螺柱部113F的外径小的直径(内径)。在所述内螺纹孔115F上刻有与待加装的载荷检测设备300所具有的外螺纹部(外螺纹式超声波探头)的牙数相当或多几牙的牙数的加装用内螺纹部116F。

如图7(b)所示，通过使后述载荷检测设备300所具有的内螺纹部(内螺纹式超声波探头)与螺栓100F的形成于螺栓头部110F的螺柱部113F的内螺纹孔115F中的加装用内螺纹部116F螺合，从而无需进行任何处理，便能将后述载荷检测设备300安装于螺栓100F。

根据如上所述构成，能够利用后述载荷检测设备300从螺栓头部110F一侧对作用于螺栓100F的载荷进行检测。

另外，由于螺栓100F的刚性与螺栓标准件100的刚性相当，因此，不会使螺栓性能受到影响。

<第一实施例～第六实施例的螺栓100A～100F的各端面形状>

本发明第一实施例～第六实施例的螺栓100A～100F无需事先进行将螺栓100A～100F的两个端面磨平这样的加工，能够直接地加装载荷检测设备300。

为此，需要将本发明第一实施例～第六实施例的螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F的端面和螺栓尾部120A～120B的端面中的一个端面形成为平坦面，另一个端面形成为能够反射超声波的面(超声波反射面)，由此，能够利用该另一个端面(超声波反射面)直接实施超声波检测。

此外，在本发明中，为了使不同类型的螺栓100A～100F适配不同类型的载荷检测设备300的超声波探头330，需要设置识别码140A～140F。

如图8(a)所示，识别码140A～140F可布置于图2(a)至图7(a)所示的本发明第一实施例至第六实施例的螺栓100A～100F的例如螺栓头部110A～110F的平坦面(与超声波反射面(即螺栓尾部的面)相反一侧的端面)。

作为替代，也可以如图8(b)所示，识别码140A～140F也可布置于图2(a)至图7(a)所示的本发明第一实施例至第六实施例的螺栓100A～100F的螺栓尾部120A～120F的平坦面(与超声波反射面(即螺栓头部的面)相反一侧的端面)。

另外，作为制作超声波反射面的具体方式，参照图9、图10以及图11(a)、图11(b)进行说明。

(平面)

如图9所示，将上述超声波反射面形成为平面状，其中，作为端面，该超声波反射面具有垂直度的要求。例如，在图9中，要求为|┴|0.025|A|，即，以圆柱面A为基准，箭头所指平面垂直于基准面A的误差值不大于0.025。

但是，两端的端面均为平面的螺栓结构、即超声波反射面为平面状的螺栓结构只能测量螺栓100A～100F没有弯曲变形的承受载荷，却不能测量螺栓100A～100F发生弯曲变形后的承受载荷。

也就是说，在螺栓100A～100F没有弯曲变形的情况下，超声波在从一个端面(非“超声波反射面”)传递进入螺栓实体，到达另一个端面、即超声波反射面，在经过该平面状的超声波反射面反射后，超声波按照与入射方向相反的方向反射出。另一方面，在螺栓100A～100F发生弯曲变形后，由于超声波反射面不与超声波的入射方向垂直，因此，不能对超声波进行反射，也就不能测量螺栓100A～100F发生弯曲变形后的承受载荷。

另外，如图9所示，(平面状的)超声波反射面既可以是螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F的端面，也可以是螺栓100A～100F的螺栓尾部120A～120F的端面。

(三垂直棱角部)

如图10所示，在上述超声波反射面上形成三垂直棱角部150A～150F。所谓的“三垂直棱角部150A～150F”，是指由三个相互垂直的面151A～151F、152A～152F、153A～153F彼此相交而成的棱角部。换言之，“三垂直棱角”相当于从一个“直角三棱柱(长方体、正方体等)”切下的一个角部。

无论是螺栓100A～100F没有弯曲变形的情况，还是螺栓100A～100F发生弯曲变形后的情况，上述超声波在从一个端面(非“超声波反射面”)传递进入螺栓实体，到达另一个端面、即超声波反射面，超声波在经过形成于该超声波反射面上的三垂直棱角部150A～150F的三个相互垂直的面151A～151F、152A～152F、153A～153F反射之后，均会按照与入射方向相反的方向反射出。

通过这样，一方面对于螺栓100A～100F的超声波反射面来说，不再像图9那样需要有非常高的垂直度要求，另一方面，即使螺栓100A～100F受到应力而发生弯曲，也能有效地测量螺栓100A～100F发生弯曲变形后的承受载荷。

另外，在图10中，示出的是超声波反射面位于螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F，平坦面位于螺栓100A～100F的螺栓尾部120A～120F，但本发明不局限于此，也可以是超声波反射面位于螺栓100A～100F的螺栓尾部120A～120F，平坦面位于螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F。

(球面状)

如图11(a)、图11(b)所示，将上述超声波反射面形成为球面状。图11(a)是超声波反射面为螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F的端面的图，图11(b)是超声波反射面为螺栓100A～100F的螺栓尾部120A～120F的端面的图。

无论是螺栓100A～100F没有弯曲变形的情况，还是螺栓100A～100F发生弯曲变形后的情况，上述超声波在从一个端面(非“超声波反射面”)传递进入螺栓实体，到达另一个端面、即超声波反射面。由于无论螺栓100A～100F弯曲变形到何种程度，球面状的超声波反射面总有一个与超声波的入射方向相同(相反)的点，能使射入的超声波按照与入射方向相反的方向反射出。

接着，参照图12(a)至图12(c)对与本发明的非标准螺栓(螺栓100A～100F)适配的本发明的载荷检测设备300的结构进行说明。图12(a)至图12(c)是表示本发明的载荷检测设备300的图，其中，图12(a)是本发明的载荷检测设备300的分解立体图，图12(b)是具有外螺纹式超声波探头的载荷检测设备300的立体图，图12(c)是具有内螺纹式超声波探头的载荷检测设备300的立体图。

(载荷检测设备300的整体结构)

本发明的载荷检测设备300是比所适配的非标准螺栓(螺栓100A～100F)直径尺寸稍大的装置，两者的尺寸接近。

如图12(a)所示，上述载荷检测设备300包括：盖件310、壳体320以及超声波探头330。

上述盖件310是用于将作为载荷检测设备300主体部分的壳体320覆盖的构件，在该盖件310上设置有开关件311、通信模块312以及提示件313。

上述开关件311例如是通常的开关按钮，用于启动或是停止上述载荷检测设备300的运转。

上述通信模块312例如是Wi-Fi模块，用于与客户接收端(例如笔记本电脑、或是装有APP的手机等)进行信号传输。但本发明不局限于此，也可以采用其他任何合适的工业通信模块等，例如物联网技术。

上述提示件313例如是能够用不同颜色显示不同状态的显示模块(液晶屏)。但本发明亦不局限于此，也可以在液晶屏上显示出表示不同状态的内容、或是所承受载荷的具体数值。

在上述壳体320内配置有主板321，在主板321以集成或是非集成的方式设置有控制芯片321a和电源模块321b。通过上述主板321，对载荷检测设备300所接收到的承受载荷进行控制和处理。

更具体来说，通过控制芯片321a发送指令，使下文详细描述的超声波探头330向螺栓100A～100F发射超声波。超声波探头330在接收到来自从螺栓100A～100F的另一个端面(超声波反射面)的回波后，将超声波发射与超声波回波间的时间差反馈给控制芯片321a。控制芯片321a依据其内在的逻辑算法，基于超声波发射与超声波回波间的时间差，计算出螺栓100A～100F的伸长长度，从而获得穿过被固定件的螺栓100A～100F的应变值，进而得到螺栓100A～100F的承受载荷。

除此之外，利用控制芯片321a，使上述提示件提示出与承受载荷的状态相符的标识，例如显示与承受载荷的状态相对应的灯的颜色、标记及模式，或是显示承受载荷的具体数值。

另外，上述控制芯片321a还将实时检测的螺栓100A～100F的承受载荷存储。

上述电源模块321b既可以是内置式的电源接口，也可以是外置式的电源接口，通过与设置于内部或外部的电源连接，对上述主板321供电。

上述超声波探头330是发出超声波的构件，设置于壳体320的与盖件310相反的一侧。上述超声波探头330具有图12(b)所示的外螺纹式和图12(c)所示的内螺纹式两种构型，安装在待测定的适配螺栓(非标准螺栓、螺栓100A～100F或是类似零件)上。

在将上述超声波探头330与适配螺栓(螺栓100A～100F)螺合时，在它们两者之间设置有密封圈340，上述密封圈340主要起到防止超声波耦合剂流失以及实现锁紧的作用。

以下，参照图13和表1，对载荷检测设备300的提示件313所提示的信息进行说明。图13是表示使用作为本发明的载荷检测设备300的提示件313的一例的显示模块(液晶屏)显示待测定的适配螺栓(螺栓100A～100F)所承受的载荷状态的图。

上述提示件313能够使用多个不同的颜色和不同的动作提示多个不同的状态。

在此，列举一个实例进行说明。

在本实例中，将螺栓100A～100F的载荷状态分为“零点”、“低于预紧力(安装)”、“在预紧力的范围内(预紧力)”、“高于预紧力(工作)”、“超过螺栓的承载载荷(超载)”、“超过螺栓的承载载荷15％(预警断裂)”、“已经断裂”这样七个状态。但本发明不局限于此，可根据实际情况，设定所要提示的不同状态。

在此实例中的提示件313、即液晶屏显示三种标记(第一标记、第二标记、第三标记)、三种颜色(第一颜色、第二颜色、第三颜色)和两种模式(第一模式、第二模式)。

上述第一标记(例如圆圈)和第二标记(例如太阳标记)表示的是待测定的螺栓100A～100F尚未断裂，第三标记(例如叉号)表示的是待测定的螺栓100A～100F已经断裂。通过使用区别于第一标记和第二标记的第三标记，能够清楚地提示待测定的螺栓100A～100F的可用状态。

上述第一颜色例如是绿色，表示的是螺栓处于安全状态的“零点”和“低于预紧力(安装)”的状态。

上述第二颜色例如是黄色，表示的是螺栓处于需关注状态的“在预紧力的范围内(预紧力)”和“高于预紧力(工作)”的状态。

上述第三颜色例如是红色，表示的是螺栓处于危险状态的“超过螺栓的承载载荷(超载)”、“超过螺栓的承载载荷15％(预警断裂)”以及“已经断裂”的状态。在两种模式中，第一模式例如是常亮模式，第二模式例如是闪烁模式。

下述的表1所示的信息以量化的线性模式示于图13。

表1载荷检测设备300所提示的信息

下面，对本发明的载荷检测设备300的操作方法进行说明：

1)首先，在本发明的载荷检测设备300的超声波探头330的螺纹侧底部涂布密封耦合剂，接着配置密封圈340，并轻轻拧入(不是“拧紧”)本发明的非标准螺栓(螺栓100A～100F)的螺纹；

2)打开开关件311，并通过通信模块312(Wi-Fi)与客户接收端连接；

3)利用手机APP扫描设置于螺栓100A～100F上的识别码(二维码或条形码)140A～140F，或是将螺栓100A～100F的信息输入APP或笔记本电脑，以识别螺栓100A～100F；

4)在APP或笔记本电脑上点击“归零”，此时，表示“零点”的常亮的绿色圆圈(第一模式、第一颜色、第一标记)亮起，或是直接显示螺栓载荷(此时被重置为0)；

5)在APP或笔记本电脑上点击“检测”，实现自动检测、存储、上传安装前数据，此时，数据被上传至APP或笔记本电脑；

6)安装螺栓和螺母，到达预紧力，此时，表示“在预紧力的范围内”的常亮的黄色圆圈(第一模式、第二颜色、第一标记)亮起；

7)进行试验、飞机试飞、或其他需要检测载荷的事件；

8)检测工作完成后，停止检测，待机或关闭电源。

另外，在检测工作完成后，所有原始数据被存储在芯片中，可以拆除智能设备，也可以保留，不影响下次的检测。

以上是一次检测的过程，根据本发明的非标准螺栓100A～100F和载荷检测设备300，可以实现实时自动无限次检测，即使在被检测部件运动情况下也可以实施，比如安装过程中、试验过程中、或飞行过程等。

根据本发明的非标准螺栓，通过改进标准螺栓的头部或尾部形状，能够实现在螺栓100A～100F上直接加装载荷检测设备300，而无需在加装前进行任何加工处理。另外，使螺栓100A～100F的螺栓头部110A～110F和螺栓尾部120A～120F中的一个端面制成能够传递超声波的面(平坦面)，另一个端面制成能够反射超声波的面(超声波反射面)，从而实现实时检测螺栓100A～100F的载荷，并且能在运动状态下完成检测。

另外，为了实现实时自动、长时间、自动检测的功能，需要将载荷检测设备300牢牢的固定在螺栓100A～100F上，根据载荷检测设备300的螺纹类型，配置密封圈340后，安装在对应的螺纹类型的非标准螺栓上。上述密封圈340既可以防止超声波耦合剂流失，也可以起到锁紧的作用，防止在振动环境下掉落。

另外，本发明的载荷检测设备300集成了超声检测仪的所有功能，并且尺寸比以往的超声检测仪更小(与螺栓的尺寸相当)，且能被固定在被测零件上。另外，带有控制芯片321a(内含载荷的算法)，能够提示载荷情况，并且能够实现与用户接收端无线传输的功能。

熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的上来说，本发明并不局限于这里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的总体发明概念的精神或范围的前提下做出修改。

Claims

1.一种载荷检测设备(300)，对螺栓(100A～100F)所承受的载荷进行检测，其特征在于，包括：

盖件(310)；

作为载荷检测设备(300)的主体部的壳体(320)，所述壳体(320)的一端侧被所述盖件(310)覆盖；以及

超声波探头(330)，所述超声波探头(330)设置于所述壳体(320)的与所述盖件(310)相反的一侧，

在所述盖件(310)设置有提示件(313)，所述提示件(313)能够提示所检测的所述螺栓(100A～100F)当前所承受的载荷的不同状态，

在所述壳体(320)内配置有内含载荷算法的控制芯片(321b)，

所述超声波探头(330)通过刻设在该超声波探头(330)上的内螺纹或外螺纹而与所检测的所述螺栓(100A～100F)上的、专用于安装所述超声波探头(330)的外螺纹或内螺纹螺合，由此能直接安装于所述螺栓(100A～100F)。

2.如权利要求1所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

通过所述控制芯片(321)向所述超声波探头(330)向所述螺栓(100A～100F)发射超声波，所述超声波探头(330)在接收到来自从所述螺栓(100A～100F)的超声波反射面的回波后，将超声波发射与超声波回波间的时间差反馈给所述控制芯片(321a)，

所述控制芯片(321a)根据所述逻辑算法，基于所述超声波发射与所述超声波回波间的时间差，计算出所述螺栓(100A～100F)的伸长长度，进而计算出所述螺栓(100A～100F)当前所承受的载荷。

3.如权利要求2所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

所述提示件(313)是能够用不同标记、不同颜色、不同动作区分显示不同状态的显示模块，

所述控制芯片(321a)根据计算出的所述螺栓(100A～100F)当前所承受的载荷，使所述提示件(313)提示出与该载荷相适的标记、颜色及动作。

4.如权利要求2所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

所述提示件(313)是能够用数值显示所述螺栓(100A～100F)当前所承受的载荷的显示模块。

5.如权利要求2所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

所述控制芯片(321)将计算出的所述螺栓(100A～100F)当前所承受的载荷存储。

6.如权利要求2所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

所述盖件(310)上还设置有开关件(311)和通信模块(312)，

所述开关件(311)用于启动或停止所述载荷检测设备(310)的运转，

所述通信模块(312)用于与客户接收端进行信号传输。

7.如权利要求2所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

在所述壳体(320)内配置有主板(321)，

在所述主板(321)上以集成或非集成的方式设置有所述控制芯片(321a)和电源模块(321b)。

8.如权利要求1至7中任一项所述的载荷检测设备(300)，其特征在于，

在将所述超声波探头(330)与所述螺栓(100A～100F)螺合时，在它们两者之间设置有密封圈(340)，所述密封圈(340)用于防止超声波耦合剂流失，并且用于实现锁紧。